计算机网络与数据通信+-+第1章+引论(lds)[1].ppt

1,计算机网络与数据通信罗滇生hhylds,2,冯博琴主编，计算机网络（第二版），高等教育出版社，2004.7,3,教学内容,第1章引论第2章数据通信基础知识第3章计算机网络体系结构第4章计算机局域网络第5章计算机广域网技术第6章网络操作系统第7章常用网络设备第8章网络互联与因特网基础第9章因特网的应用,4,第1章引论,本章内容计算机网络的产生和发展计算机网络的概念计算机网络的功能计算机网络的分类,5,为什么要学习计算机网络？,IT技术是以微电子学为基础，融合了通信技术、计算机技术、自动化技术、网络技术和智能技术的综合性技术领域。计算机学科的知识结构与IT领域其它学科是相互交叉、渗透的。“Thenetworkisthecomputer”。信息网络时代的计算机工作者面对的是基于网络丰富资源的一个庞大虚拟机器，计算机网络是必修的课程。数据通信则是计算机网络的技术基础。随着Internet的普及与发展，我们面对的计算机网络是以数据通信技术及数据通信网作为支撑的全球性网络。通信网络在IT业有着十分重要的地位。,6,通信网络在IT领域的地位,IT业三大定律摩尔定律（GordonMooresLaw）：每过18个月,微处理器处理能力翻倍而价格不变。吉尔德定律（GeorgeGildersLaw），超摩尔定律：未来25年内，通信系统总带宽每年翻三番。迈特卡夫定律（BobMetcalfesLaw）网络的利用价值等于用户数的平方。,7,网络时代的三大基本定律,摩尔定律:CPU性能18个月翻番,10年100倍。所有电子系统（包括电子通信系统，计算机）都适用,光纤定律：超摩尔定律，骨干网带宽9个月翻番，10年10000倍。带宽需求呈超高速增长的趋势,迈特卡尔夫定律:联网定律，网络价值随用户数平方成正比。未联网设备增加N倍，效率增加N倍。联网设备增加N倍，效率增加N2倍,8,通信网络在IT领域的地位,包括微处理器在内的集成电路、通信网络、软件是IT业的三大支柱。三大定律中一条涉及微处理器，两条与通信网络有关。表明了网络在IT中的重要地位。迈特卡夫定律定量描述了单机与联网之间的巨大差别和网络的重要价值,反映了数据/计算机通信网相对于其它通信网络的效率差别。根据吉尔德定律与摩尔定律得知，通信网络的发展大大快于微处理器的发展。,9,中国电力通信网发展综述,电力通信的意义和作用电力通信网是为了保证电力系统的安全稳定运行而应运而生的。它同电力系统的安全稳定控制系统、调度自动化系统被人们合称为电力系统安全稳定运行的三大支柱。目前，它更是电网调度自动化、网络运营市场化和管理现代化的基础；是确保电网安全、稳定、经济运行的重要手段；是电力系统的重要基础设施。由于电力通信网对通信的可靠性、保护控制信息传送的快速性和准确性具有及严格的要求，并且电力部门拥有发展通信的特殊资源优势，因此，世界上大多数国家的电力公司都以自建为主的方式建立了电力系统专用通信网。,10,中国电力通信网发展综述,我国的电力通信网经过几十年风风雨雨的建设，已经初具规模，通过卫星、微波、载波、光缆等多种通信手段构建而成了一个以北京为中心覆盖全国30个省（市、区）的立体交叉通信网。整个中国电力通信的发展，从无到有，从小到大，从简单技术到当今先进技术，从较为单一的通信电缆和电力线载波通信手段到包含光纤、数字微波、卫星等多种通信手段并用，从局部点线通信方式到覆盖全国的干线通信网和以程控交换为主的全国电话网、移动电话网、数字数据网，无不展现出电力通信发展的辉煌成就。随着通信行业在社会发展中作用的提高，以电力通信网为基础的业务不再仅仅是最初的程控语音联网、调度时时控制信息传输等窄带业务，逐渐发展到同时承载客户服务中心、营销系统、地理信息系统（GIS）、人力资源管理系统、办公自动化系统（OA）、视频会议、IP电话等多种数据业务。电力通信在协调电力系统发、送、变、配、用电等组成部分的联合运转及保证电网安全、经济、稳定、可靠的运行方面发挥了应有的作用，并有利的保障了电力生产、基建、行政、防汛、电力调度、水库调度、燃料调度、继电保护、安全自动装置、远动、计算机通信、电网调度自动化等通信需要。虽然电力通信的自身经济效益目前不能得以直接体现出来，但它所产生并隐含在电力生产及管理中的经济效益是巨大的。同时，电力通信利用其独特的发展优势越来越被社会所重视：,11,中国电力通信网是国家专用通信网之一，是电力系统不可缺少的重要组成部分，是电网调度自动化、网络运营市场化和管理现代化的基础，是确保电网安全、稳定、经济运行,实现了对除台湾外31个省、自治区、直辖市的覆盖，功能涉及语音、传真、数据、图像传输、远动继电保护、电力监控、移动通信等领域。光纤通信在电力系统中有独特的资源优势和广泛的应用前景，光纤通信将成为电力通信网的主要通信方式。,12,通信网络在电力行业的应用,远程抄表,13,GPRS无线电力远程抄表系统,14,通信主要任务,传输系统的利用充分合理利用传输设施复用：在多个用户之间分配传输系统的总传输能力拥塞控制：保证传输系统不因传输请求过量而超载接口设备与传输系统之间的连接信号的产生按某种格式产生具有一定强度的电磁波信号能够在传输系统上传播能够被接收器转换为数据,15,通信主要任务,同步在发送器与接收器之间达成某种同步接收器能够判断信号的起始、结束和信号单元的持续时间交换的管理通信双方为交换数据而建立连接通信双方数据处理设备的其它协商工作差错控制：检测或纠正因信号失真或信道噪声等原因而产生的传输差错流量控制：保证信宿设备不会因信源设备发送太快以至无法及时接收和处理这些数据而导致超载,16,寻址当传输设施被两个以上设备共享时，信源必须给出信宿的标识路由选择当传输系统是不只一条路径的网络时需要确定路由恢复信息交换过程中因通信系统某处出现故障而致使传输中断，需要从中断处恢复工作，或者把系统被涉及部分恢复到数据交换开始之前的状态报文格式化数据交换双方必须就传输的数据格式达成一致协议交换代码转换、压缩、加密,通信主要任务,17,安全措施发送方希望确保只有它期望的接收者接收到数据接收方希望保证收到的数据来自正确的发送方，且数据在传输过程中未被改变网络管理数据通信设施是一个复杂系统，需要合理地规划和配置，需要对系统运行状态进行监控，并处理拥塞、死锁、故障等引发的问题,通信主要任务,18,1.1计算机网络的产生和发展,早期的计算机应用模式单机大、中、小型机庞大，昂贵，资源无法共享分散的计算机构成了一个个的信息“孤岛”计算机网络产生始于1950s，产生的原因：资源共享的需求（计算能力、外设、软件、数据）大型项目的合作（进行工程项目协作）人与人之间的信息沟通（数据通信）,19,从体系结构来观察，计算机网络的发展可分为三个阶段（三代网络）：1.以主机为中心的联机终端系统“计算机终端”系统2.以通信子网为中心的主机互连“计算机计算机”网络3.体系结构标准化网络层次化结构，并对每层进行了精确定义,20,1.以主机为中心的联机终端系统,特征：终端(Terminal)共享主机(Host)的软硬件资源单台主机：执行计算和通信任务多台终端：执行用户交互(终端集中器/终端服务器)连接方式：本地或远程,TS,T,T,T,T,T,T,HOST,通信线路,T,21,例子：飞机订票系统HOST(航空公司总部)Terminals(订票点)通信线路(电话线路)缺点主机负荷重数据处理通信线路利用率低改进终端集中器(近/远距)前端处理机（Front-EndProcessor,FEP），将通信任务从主机中分离出来,22,23,2.以通信子网为中心的主机互连,特征多个终端联机系统互联，形成了多主机互联网络网络结构从“主机终端”转变为“主机主机”,24,主机主机网络的演变,演变阶段1通信任务从主机中分离，由通信控制处理机（CCP）完成CCP：处理主机之间通信任务的专用计算机,25,两层网络概念的出现由CCP组成的传输网络通信子网，提供信息传输服务建立在通信子网基础上的主机集合资源子网，提供计算资源,CCP,CCP,HOST,HOST,T,T,T,T,T,T,CCP,HOST,T,T,T,通信子网,26,演变阶段2通信子网规模逐渐扩大私有社会公用公用数据通信网公共交换电话网(简称PSTN)是一种用于全球语音通信的电路交换网络，是目前互联网纾上最大的网络，拥有用户数量大约是8亿公用分组交换网（PAC）以X.25规程为基础，故称之为X.25网。分组交换是为适应计算机通信而发展起来的一种先进通信手段，它以（CCITTX.25）协议为基础，可以满足不同速率、不同型号的终端与终端、终端与计算机、计算机与计算机间以及局域网间的通信，实现数据库资源共享。X.25通常执行OSI的下三层协议，且从源点到终点每一步都要进行数据帧的建立、拆装、数据存储和转发、路由选择和控制、信息帧的差错校验、恢复重发等一系列处理过程。优点降低用户系统建设成本提高通信线路利用率兼容性好,27,例子因特网的前身ARPANET美苏冷战时期由美国军方建立的实验性网络最初4个节点70s的60多个节点地域跨越美洲、欧洲具有现代网络的许多特征，例如：分组交换分层次的网络体系较为完善的通信协议,28,3.体系结构标准化网络,为什么需要标准化？不同网络设备之间的兼容性和互操作性是推动网络体系结构的标准化的原动力而兼容性和互操作性的最终目的仍是资源共享,29,网络体系结构标准化过程的演变厂商标准：IBM-SNA，DEC-DNA等国际标准（ISOOSI/RM）OpenSystemInterconnection/RecommendedModel(开放系统互联参考模型，简称OSI参考模型)OSI参考模型是一种概念上的网络模型，规定了网络体系结构的框架：7个层次只说明了做什么（WHATTODO）而未规定怎样做（HOWTODO）太复杂，几乎没有与之完全符合的网络事实上的标准：TCP/IP(因特网的骨干协议)从体系结构上看，它是OSI参考模型的简化（4层）,30,4.因特网时代的到来,因特网的出现标志着网络时代的到来因特网是全球性的网络丰富的信息和便利的使用是其规模迅速增长的主要驱动力截止到2000年,Internet的规模为网络数达到105数量级,主机数达到107数量级,用户数108数量级，主干速率大于2.5Gbit/s美国政府资助的“下一代因特网计划”目标是主干网的速率比现在的因特网高1000倍端到端的速率要达到100Mbit/s10Gbit/s,31,1.2计算机网络的概念,计算机网络定义的主要观点：从应用的观点：以相互共享资源方式连接起来，且各自具有独立功能的计算机系统的集合。从物理的观点：在网络协议的控制下，由若干台计算机和数据传输设备组成的系统。观点3：利用各种通信手段，把地理分散的计算机互联起来，能够互相通信且共享资源的系统。,32,归纳与综合计算机网络：相互连接的自治计算机的集合自治：能独立运行，不依赖于其他计算机互连：以任何可能的通信连接方式有线方式：铜线、光纤无线方式：红外、无线电（微波）、卫星,通信网络,计算机系统,计算机系统,33,计算机网络与其它类似系统的比较,终端分时系统各终端分时占用主机资源终端无计算能力，对主机的依赖性极强通信主要采用异步串行连接（本地或远程）多机系统紧耦合，主机间通信多采用共享存储器、共享总线等（有的系统也采用高速局域网）分布式系统见下页,34,计算机网络与分布式系统分布式系统的特点在分布式OS统一调度下，各计算机协调工作，共同完成一项任务，如并行计算。用户面对的是一台逻辑上的计算机，组成分布式系统的各计算机怎样协同工作，对用户透明。用途主要是科学计算和事务处理。,35,计算机网络与分布式系统（续）计算机网络非协调性的；松散耦合的；各计算机对用户非透明，用户必须指定资源的位置；用途主要是资源共享。分布式系统往往是基于计算机网络来实现的：在因特网中，域名服务系统（DNS)是分布式系统的一项典型的应用。分布式数据库系统也需要网络的支持。,36,1.3计算机网络能做什么（功能）,数据通信(CommunicationMedium)文件传输、IP电话、email、视频会议、信息发布、交互式娱乐、音乐资源共享(ResourceSharing)软件、硬件、数据（数据库）提供高可靠性服务(HighReliability)利用可替代的资源，提供连续的高可靠服务节省投资(SavingMoney)替代昂贵的大中型机系统分布式处理(DistributedProcessing),37,1.4计算机网络系统的组成,硬件网络节点端节点：计算机中间节点：交换机、集中器、复用器、路由器、中继器通信链路：信息传输的通道物理：传输介质逻辑：信道类比CATV的电缆和频道之间的关系软件通信软件（网络协议软件）网络操作系统网络管理/安全控制软件、网络应用软件,38,1.5计算机网络的分类,按地域范围分类局域网(LocalAreaNetwork，LAN)范围：小，20KM传输技术：基带，10-1000Mbps，延迟低，出错率低（10-11）拓扑结构：总线，环城域网(MetropolitanAreaNetwork，MAN)范围：中等，100KM传输技术：宽带/基带拓扑结构：总线广域网(WideAreaNetwork，WAN)范围：大，100KM传输技术：宽带，延迟大，出错率高拓扑结构：不规则，点到点,39,按拓扑结构分类星形有一个中心节点，其它节点与其构成点到点连接树形一个根结点、多个中间分支节点和叶子节点构成,星形拓扑,树形拓扑,40,按拓扑结构（续）总线所有节点挂接到一条总线上，广播式信道需要有介质访问控制规程以防止冲突环形所有节点连接成一个闭合的环，结点之间为点到点连接,总线形拓扑,环形拓扑,41,按拓扑结构分类（续）全连接点到点全连接，连接数随节点数的增长迅速增长（N(N-1)/2），使建造成本大大提高，只适用于节点数很少的广域网中不规则（网状）点到点部分连接，多用于广域网，由于连接的不完全性，需要有交换节点,不规则拓扑,全连接拓扑,42,按通信传播方式分类：点对点传输方式的网络：由一对对机器间的多条传输链路构成。信源与信宿之间的通信需经过一台和多台中间设备进行传输。网状、环形、树形、星形广播方式网络：一台计算机发送的信息可被网络上所有的计算机接收。总线形、无线（微波、卫星）局域网络通常使用广播方式，广域网络通常使用点对点方式(也有例外)。,43,按各站点的地位对等(PeertoPeer)网基于服务器的网络按介质访问控制方式以太网（Ethernet）令牌网（TokenRing）按NOS或协议Novell网络WindowsNT网络TCP/IP网络,44,1.6计算机局域网简介,局域网（LAN，localAreaNetwork）是将较小地理范围内的各种数据通信设备连接在一起的通信网络。特点：地理范围有限、传输速率高、延迟小、误码率底、易于管理和控制。适用范围：企业、学校、楼宇,45,拓扑结构令牌环、总线、星型、混合基本类型对等网络：网络中没有设置专门的服务器，连网的计算机既是客户机，又是服务器。所需硬件：计算机、网络适配器、集线器、网线客户机服务器（C/S）网络模式：网络中由高性能的计算机作为服务器，与多台客户机相连。无盘工作站相关概念：客户机（与终端的区别）、服务器（文件、通信）、网络操作系统,1.6计算机局域网简介,46,1.7计算机广域网简介,广域网（WAN，WideAreaNetwork）又称远程网，是覆盖广阔地理区域的数据通信网络。范围可以是几十公里到几万公里。广域网使用公共通信线路为主机和终端提供网络服务公共电话网（PSTN，PublicSwitchTelephoneNetwork），MODEM、电话线、拨号、9.6kb/s56kb/s.综合业务数字网（ISDN，IntegratedServiceDigitalNetwork）,电话线路、专用设备、拨号、64k、128k、144kb/s,47,ADSL（AsymmetricalDigitalSubscriberLoop,非对称数字用户环线）:上行速率640kb/s，下行速率8Mb/s。公共数字数据网（DDN，DigitalDataNetwork）:同步MODEM，64kb/s2.048Mb/s。X.25：9.6b/s64kb/s，速度慢、延时长、可靠帧中继（FR，FrameRelay）：64kb/s2.048Mb/s异步传输模式（ATM）,48,1.8计算机网络互联,利用网络互联设备及相应的技术措施和协议将两个以上的计算机网络连接起来，实现计算机网络之间的连接。网络互联设备：中继器：清除噪音、放大信号、延长网络距离集线器（HUB）：相当于多口中继器，有源、无源、共享式、堆叠式、交换式。网桥、交换机：用于连接相同类型的网络路由器：可以连接不同类型的网络网关：又称协议转换器，可以用于不用类型网络的连接。,49,1.9网络操作系统,用于进行网络的连接、信息传输、服务提供以及网络资源管理的操作系统软件。UNIXNOVELLNETWARENovell在很多方面诸如文件服务、打印服务等方面比Windows2000系列好很多，但是他的最大问题是对应用程序的支持太少，比如数据库，以前还有OracleforNovell，现在也看不到了。WINDOWSNT/2000LINUX,50,1.10计算机网络术语,带宽带宽是通信信道的宽度，是信道频率上界与下界之间之差，是介质传输能力的度量，在传统的通信工程中通常以赫兹（Hz）为单位计量。在计算机网络中，一般使用每秒位数(b/s或bps)作为带宽的计量单位。主要单位：kb/s，Mb/s，Gb/s例：一个以太局域网理论上每秒可以传输1千万比特，它的带宽相应为10Mb/s。,51,1.10计算机网络术语,时延信息从网络的一端传送到另一端所需的时间时延之和=处理时延+排队时延+发送时延+传播时延,52,处理时延=对数据进行处理和错误校验所需的时间（微秒）